JP2005042655A - エンジンの吸気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの吸気制御装置において、サブスロットルバルブにより、スロットルバルブの補助的な吸気量制御と共に、一対の吸気ポートへの吸気量の配分を偏向し、スワールの発生も可能にすることを目的としている。
【解決手段】 ２つの吸気ポート７ａ，７ｂに分岐した吸気分岐通路１４ａ，１４ｂと、該吸気分岐通路の分岐位置より上流側に配置された第１のスロットルバルブ１７と、該第１のスロットルバルブ１７より上流側に配置された第２のスロットルバルブ１８を備えたエンジンの吸気制御装置である。第２のスロットルバルブ１８の回動軸心Ｏ2は、第１のスロットルバルブ１８の回動軸心Ｏ1に対して、吸気通路長さ方向に見て交叉状に設定してある。好ましくは、第２のスロットルバルブ１８の回動軸心Ｏ2を、第１のスロットルバルブ１８の回動軸心Ｏ1に対して、吸気通路長さ方向に見て直角に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、吸気通路内に第１と第２の２つのスロットルバルブを備えたエンジンの吸気制御装置に関し、特に、自動二輪車等車輌に適したエンジンの吸気制御装置に関する。

図９はスロットルボディ６の吸気通路１６内に２つのスロットルバルブ１１７，１１８を配置した自動二輪車用エンジンの従来例を示しており、吸気通路１６内の下流側（シリンダ側）に第１のスロットルバルブとしてメインのスロットルバルブ１１７を配置し、上流側（エアクリーナ１３側）に第２のスロットルバルブとしてサブスロットルバルブ１１８を配置してある（特許文献１、図４等参照）。

メインのスロットルバルブ１１７は、たとえばケーブル２２等の伝達機構を介してハンドル２３のスロットルグリップ２４に連動連結しており、ライダーの意思により、全開から全閉状態の間で開閉できるようになっている。一方、サブスロットルバルブ１１８は、ステッピングモータ２７等のアクチュエータに連動連結し、該ステッピングモータ２７はコントローラ２８等に接続し、運転状況やエンジンの状態に応じて自動的に開閉し、メインのスロットルバルブ１１７の制御を補助するようになっている。

メインのスロットルバルブ１１７の回動軸心Ｏ1は、シリンダ中心線Ｃと直角なシリンダヘッド下端面２ａと略平行に配置され、サブスロットルバルブ１１８の回動軸心Ｏ2は、メインのスロットルバルブ１１７の回動軸心Ｏ1と平行で、吸気通路長さ方向に見ると重なり合うように配置されている。

上記のようにライダーの意思で開閉するメインのスロットルバルブ１１７に加え、運転状況によって自動的に開度が制御されるサブスロットルバルブ１１８を併設していることにより、たとえば車輌発進時にライダーがメインのスロットルバルブ１１７を開け過ぎても、サブスロットルバルブ１１８が自動的に絞られることにより、穏やかな発進を行なうことができる。
特開２００１−２６３１８６号公報

図９のようにサブスロットルバルブ１１８をメインのスロットルバルブ１１７と平行に配置している場合、サブスロットルバルブ１１８によって１つのシリンダに対する総吸気量を運転状況に合わせて自動的に調節することは可能である。ところが、図１０のように１つのシリンダに対して、吸気ポート７を２個形成してある場合、いわゆるツインバルブ方式の場合、各吸気ポート７に枝分かれした２本の吸気分岐通路１２０への吸気量の配分を変更調節することはできない。すなわち、メインのスロットルバルブ１１７を絞った時等に、一方の吸気分岐通路１２０への吸気配分量を増加させて、シリンダ内にスワール流を発生させることにより、最適な燃焼状態を維持するようにすることは困難である。

本発明の目的は、１つのシリンダに対して一対の吸気ポートを有すると共に、吸気通路内に第１のスロットルバルブと第２のスロットルバルブを有するエンジンの吸気制御装置において、第２のスロットルバルブを、第１のスロットルバルブに対する吸気流量の補助的な調節ばかりでなく、簡単な改良により、スワール流の発生にも利用できるようにすることである。

上記目的を達成するため、本発明は、１つのシリンダに対して開口する２つの吸気ポートに分岐した吸気分岐通路と、該吸気分岐通路の分岐位置より上流側に配置された第１のスロットルバルブと、該第１のスロットルバルブより上流側に配置された第２のスロットルバルブを備えたエンジンの吸気制御装置において、第２のスロットルバルブの回動軸心は、第１のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て交叉状に設定してあることを特徴としている。

好ましくは、第２のスロットルバルブの回動軸心は、第１のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て略直角に設定する。

第２のスロットルバルブとして、回動軸心が吸気通路の断面の略中央を横切ると共に両翼形に形成されている構造を採用することも、回動軸心が吸気通路の断面の端部付近を横切ると共に片翼形に形成されている構造を採用することも可能である。

上記構成のように、第２のスロットルバルブの回動軸心を下流側の第１のスロットルバルブの回動軸芯に対して、吸気通路長さ方向に見て交叉するように配置してあると、第２のスロットルバルブの開度調節により、第１のスロットルバルブによる全体の吸気量調節を補助できると共に、各吸気分岐通路への吸気量の配分も調節し、一方の吸気分岐通路側へ吸気流を偏向させることができる。これにより、一方の吸気ポートからシリンダ内に供給される吸気にスワールを発生させ、燃焼状態を向上させることができる。たとえば、第２のスロットルバルブを全開状態としている場合には、各吸気分岐通路へは略均等に吸気が配分され、第２のスロットルバルブの開度を絞るにしたがい、一方の吸気分岐通路への偏向度合が増加する。

第２のスロットルバルブの回動軸心を、第１のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て略直角に設定すると、各吸気分岐通路への吸気量分配率の調節を、より的確に行なうことができる。

第２のスロットルバルブとして、回動軸心が吸気通路の断面の略中央を横切ると共に両翼形、すなわちバタフライ形に形成された構造を採用すると、たとえば第２のスロットルバルブの回動方向を変更することにより、いずれの吸気分岐通路にも選択的に吸気を偏向させ、スワールを発生させるようにすることができる。

第２のスロットルバルブとして、回動軸心が吸気通路の断面の端部付近を横切ると共に片翼形に形成された構造を採用すると、たとえば第２のスロットルバルブを全開状態とした時に、吸気流に対して第２のスロットルバルブが邪魔にならない位置に収納することが可能となり、スロットル全開時における性能を高く維持できる。

[第１の実施形態]
図１〜図４は、本発明を自動二輪車の４サイクルエンジンに適用した例である。燃焼室及び吸気経路部分の縦断面を示す図１において、シリンダボディ１の上にシリンダヘッド２が結合され、シリンダボディ１内にピストン３が摺動自在に嵌合し、シリンダヘッド２の側端面に形成された吸気入口Ｐにはスロットルボディ６が締結され、スロットルボディ６の吸気上流側には吸気管９を介してエアクリーナ１３が接続している。

燃焼室５の天井面には吸気ポート７（７ａ,７ｂ）及び排気ポート８が開口しており、各ポート７，８にはそれぞれ吸気弁１０及び排気弁１１が配置されている。

スロットルボディ６の吸気通路１６内には、吸気下流側（シリンダ側）に第１のスロットルバルブとしてメインのスロットルバルブ１７が配置され、吸気上流側（エアクリーナ側）に第２のスロットルバルブとしてサブスロットルバルブ１８が配置されており、第１のスロットルバルブ１７の下流側近傍に燃焼噴射弁２０のノズルが臨んでいる。なお、以下の説明では第１のスロットルバルブはメインのスロットルバルブ１７で、第２のスロットルバルブはサブスロットルバルブ１８で説明する。

図２は図１のII-II線断面に相当する模式図であり、前記吸気ポート７は１つの燃焼室５に対して２個形成されており、両者を区別するために７ａと７ｂの符号を付してある。上記一対の吸気ポート７ａ，７ｂを備えていることに対応して、シリンダヘッド２内に形成される吸気通路は、前記吸気入口Ｐ部分で２つの吸気分岐通路１４ａ，１４ｂに分岐し、それぞれ各吸気ポート７ａ、７ｂに連通している。

両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂは、該第１の実施の形態では、スロットルボディ１６の吸気通路１６の断面中央を通る中央線Ｙ１に対して、略対称な形状に形成されている。

スロットルボディ６の吸気通路１６内に配置されている前記両スロットルバルブ１７，１８は、円板状の弁体の中央に回動軸１７ａ，１８ｂをそれぞれ一体的に備えることにより両翼形（バタフライ形）に形成されており、各回動軸１７ａ，１８ａは吸気通路１６の前記中央線Ｙ1と直交するように配置されると共にスロットルボディ６に回動可能に支持されており、それぞれ回動軸心Ｏ1,Ｏ2回りに回動することにより吸気通路１６を開閉するようになっている。

メインのスロットルバルブ１７の回動軸１７ａは、たとえばケーブル２２等の伝達機構を介して自動二輪車のハンドル２３のスロットルグリップ２４に連動連結しており、ライダーがスロットルグリップ２４を回動操作することにより、所望の開度にスロットルバルブ１７を開閉できるようになっている。

メインのスロットルバルブ１７の配置姿勢は、その回動軸心Ｏ1が、前記のようにスロットルボディ６内の吸気通路１６の中央線Ｙ1と直交し、かつ、上記回動軸心Ｏ1が、シリンダ中心線Ｃと直角な面（シリンダヘッド下端面２ａ）と概ね平行となるように設定されている。このように設定することにより、結局、メインのスロットルバルブ１７の回動軸心Ｏ1は、吸気入口Ｐにおける各吸気分岐通路１４ａ，１４ｂの断面中心Ｋ1,Ｋ2を結ぶ線Ｌと略平行になり、従って、メインのスロットルバルブ１７の開閉によっては、各吸気分岐通路１４ａ，１４ｂに対する吸気量の配分比に影響を与えないようになっている。

サブスロットルバルブ１８は、連結ロッド２６等の伝達機構を介してステッピングモータ２７等のアクチュエータに連動連結し、該ステッピングモータ２７はコントローラ２８に接続し、各種運転状況、たとえば走行速度やスロットルバルブ１７の開度あるいは車輌発進時、アイドリング時又は暖機運転時等の状況に応じて、最適な吸気量となるように自動的に開閉制御されるようになっている。

サブスロットルバルブ１８の配置姿勢は、その回動軸芯Ｏ2が、前記のようにスロットルボディ６内の吸気通路１６の中央線Ｙ1と直交し、かつ、上記回動軸心Ｏ2が、メインのスロットルバルブ１７の回動軸心Ｏ1に対し、吸気通路長さ方向に見て直角になるように設定されている。したがって、サブスロットルバルブ１８を図３のように吸気流と平行（全開位置）にした場合には、吸気流は偏向せず、図３の全開位置から図２のようにサブスロットルバルブ１８を傾斜させた場合には、その下流側端部１８ｂが変位した側の吸気分岐通路１４ｂに吸気を偏向させ、該吸気分岐通路１４ｂ側の分配吸気量を増やすことができるようになっている。

作用を説明する。図１において、自動二輪車等を運転中、ライダーがスロットルグリップ２４を操作することにより、ライダーの意思に応じてメインのスロットルバルブ１７の開度が調節される。一方、各種運転状況やメインのスロットルバルブ１７の開度に応じて、コントローラ２８からの指令により、サブスロットルバルブ１８は自動的に開度が制御され、運転状況に応じた最適な燃焼となるように吸気が行なわれる。

制御の一例として、ある運転状況において、図３のようにメインのスロットルバルブ１７を全開とした場合には、サブスロットルバルブ１８も全開状態に制御され、吸気流が偏向せず、両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂには略均等に吸気が配分される。

また、図２のようにメインのスロットルバルブ１７を適度に絞った場合であって、たとえばエンジン回転数が所定以下になったような場合に、サブスロットルバルブ１８が適度に閉じられ、それにより、吸気流が偏向する。つまり、サブスロットルバルブ１８の吸気下流側端部１８ｂが変位した側に吸気流は偏向し、同じ側の吸気分岐通路１４ｂへの吸気配分量が増加し、燃焼室５内にスワール流れを生成することができる。

[第２の実施形態]
図４〜図７は、本発明を多気筒エンジンに適用する場合において、各気筒のメインのスロットルバルブ１７及びサブスロットルバルブ１８の連動機構を示しており、連動機構以外の構成は前記図１〜図３の構成と同じであり、同じ部品には同じ符号を付してある。

図４は各サブスロットルバルブ１８を吸気通路長さ方向に見た図（図１のIV-IV断面に相当する図）であり、各サブスロットルバルブ１８の回動軸１８ａは互いに平行に配置されており、各回動軸１８ａのスロットルボディ６外の端部には図５のようにそれぞれ揺動リンク３０が固着されている。各揺動リンク３０の先端部は、回動可能なロッド保持ピン３１を介して１本の連結ロッド３３に連結し、連結ロッド３３の先端部は、図４のように前記ステッピングモータ２７等のアクチュエータにリンク機構３５を介して連動連結している。すなわち、ステッピングモータ２７の駆動により、連結ロッド３３を介し、全サブスロットルバルブ１８が、同時に同一角度だけ回動するようになっている。

図６はメインのスロットルバルブ１７の連結機構を示しており、各シリンダ用のメインのスロットルバルブ１７の回動軸１７ａは、同一軸心上に配置されることになるので、全スロットルボディ６を貫通する１本の共通の軸１７ａにより形成されており、該共通の回動軸１７ａを、前述のようにスロットルグリップ２４等に連結している。これにより、メインの全スロットルバルブ１７を同時に、同一角度だけ回動操作できるようになっている。

図７は図４〜図６のような多気筒エンジンに適用する場合において、クランク軸方向の端部側に位置する気筒用の吸気通路形状の一例を示している。前記図２及び図３のように両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂが吸気通路中央線Ｙ1に対して略対称に分岐する構造と比べ、図７の構造では両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂは対称となっていない。すなわち両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂは、同じ側に湾曲すると共に一方の吸気分岐通路１４ｂの湾曲半径が他方の吸気分岐通路１４ａの湾曲率よりも大きくななっている。

図７のように非対称配置の吸気分岐通路１４ａ，１４ｂを有する構造では、サブスロットルバルブ１８を、スロットルボディ６の吸気通路１６と平行な全開状態にすると、湾曲半径の大きい吸気分岐通路１４ｂに吸気流が偏向することになる。これを防ぐために、多気筒機関において前記図３のような対称配置の吸気分岐通路１４ａ，１４ｂのサブスロットルバルブ１８と連結する場合には、図３におけるサブスロットルバルブ１８が吸気通路１６と平行な状態の時に、図７におけるサブスロットルバルブ１８は、下流側端部１８ｂが曲率半径の小さい吸気分岐通路１４ａ側に少し偏移するように設定し、これにより図７における両吸気分岐通路１４ａ，１４ｂへの吸気量の均等化を図る。

[第３の実施形態]
図８は一端を支持すると共に他端を自由端とした片翼形のサブスロットルバルブ４８を設けた例である。サブスロットルバルブ４８の回動軸４８ａの軸心Ｏ2は、メインのスロットルバルブ１７の回動軸１７ａの軸心Ｏ1に対して吸気通路長さ方向に見て直角に配置されると共に、メインのスロットルバルブ１７の回動軸心Ｏ1方向の一端側に偏心配置されている。サブスロットルバルブ４８の円板状本体は上記回動軸４８ａに片翼状に固定され、回動軸心Ｏ1りに回動するようになっている。その他のメインのスロットルバルブ１７及び吸気分岐通路１４ａ，１４ｂ等の構成は前記図３等と同じであり、同じ部品には同じ符号を付してある。

図８の構成によると、サブスロットルバルブ４８を仮想線のように吸気流と平行な全開状態にした場合、サブスロットルバルブ４８の全体が吸気通路１６の壁内に略収納され、吸気通路１６の流通断面全体を完全に開放した状態にすることができる。

また、サブスロットルバルブ４８を閉じるに従い、一方の吸気分岐通路１４ｂに吸気流を偏向させ、これにより、燃焼室５内にスワールを発生させることが可能となる。

[その他の実施の形態]
前記各実施の形態では、サブスロットルバルブ１８，４８の回動軸心Ｏ2を、メインのスロットルバルブ１７の回動軸心Ｏ1に対し、吸気通路長さ方向に見て略直角に設定しているが、本発明は直角に限定されるものではなく、たとえば８０°、７０°又は６０°程度に交叉した状態に設定することも可能であり、極端には、４５°〜３０程°程度の交叉とすることも可能である。

本発明は、エンジンの吸気制御装置に関するものであるが、特に自動二輪車等の車輌等に適用することにより、利用価値が向上するものである。

本発明を適用した自動二輪車用エンジンの縦断面部分図である。 図１のII-II線断面に相当する吸気経路の模式図である。 サブスロットルバルブが全開した状態を示す図２と同様の模式図である。 多気筒エンジンに適用した第２の実施形態であって、図２のIV-IV断面に相当する断面図である。 図４のＶ矢視部分図である。 第２の実施形態におけるメインのスロットルバルブの連結機構を示す図であって、図２のVI-VI断面に相当する断面図である。 多気筒エンジンに適用した第２の実施形態における吸気分岐通路の変形例であり、図３に相当する断面図である。 本発明の第３の実施形態であって、図３と同様に断面略図である。 従来例の縦断面部分図である。 図９のX-X断面略図である。

符号の説明

１ シリンダボディ
２ シリンダヘッド
６ スロットルボディ
７ａ，７ｂ 吸気ポート
１４ａ、１４ｂ 吸気分岐通路
１６ 吸気通路
１７ 第１のスロットルバルブ（メインのスロットルバルブ）
１７ａ 回動軸
１８ 第２のスロットルバルブ（サブスロットルバルブ）
１８ａ 回動軸
４８ 第２のスロットルバルブ（サブスロットルバルブ）
４８ａ 回動軸

Claims (4)

1. １つのシリンダに対して開口する２つの吸気ポートに分岐した吸気分岐通路と、該吸気分岐通路の分岐位置より上流側に配置された第１のスロットルバルブと、該第１のスロットルバルブより上流側に配置された第２のスロットルバルブを備えたエンジンの吸気制御装置において、
   第２のスロットルバルブの回動軸心は、第１のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て交叉状に設定してあることを特徴とするエンジンの吸気制御装置。
2. 第２のスロットルバルブの回動軸心は、第１のスロットルバルブの回動軸心に対して、吸気通路長さ方向に見て略直角に設定してあることを特徴とする請求項１記載のエンジンの吸気制御装置。
3. 第２のスロットルバルブは、回動軸心が吸気通路の断面の略中央を横切ると共に両翼形に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの吸気制御装置。
4. 第２のスロットルバルブは、回動軸心が吸気通路の断面の端部付近を横切ると共に片翼形に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のエンジンの吸気制御装置。
   

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